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  1. 2018.06.22 유럽의 3D 프린팅, 시제품 아닌 완성품 생산에 활용하는 데 초점

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1851호(2018. 6. 20. 발행)에 기고한 원고입니다.


▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

유럽의 3D 프린팅, 시제품 아닌 완성품 생산에 활용하는 데 초점.pdf



유럽은 3D 프린팅의 활용이 앞서 있는 지역으로 평가받고 있는데, 이런 흐름을 대표하는 기업 중 하나가 벨기에의 머티리얼라이즈(Materialise)'


머티리얼라이즈는 3D 프린팅용 소프트웨어 제공과 산업용 및 의료용 조형 서비스 수탁사업을 핵심으로 하는 기업으로 다양한 기업과 연계하여 3D 프린팅의 구체적이고 실용적인 응용에 주력하며 3D 프린팅 노하우를 축적해 가고 있음


유럽의 3D 프린팅 시장은 최근 급속도로 퍼지고 있는데, 1990년대는 시제품을 빠르게 제작하는 소위 ‘RP(Rapid Prototyping)’에 활용하는 것이 중심이었지만 최근에는 최종 제품의 생산 수단으로 이용이 증가하는 특징을 보이고 있음


3D 프린팅을 활용해 완성품을 생산하는 제조 과정을 첨삭 가공(Additive Manufacturing)’이라고도 하는데, 벨기에 기업 머티리얼라이즈는 이런 흐름을 선도하며 3D 프린팅의 활용을 확산시키고 있음


3D 프린팅으로 최종 생산하는 대표적인 예는 머티리얼라이즈가 안경 렌즈 제조업체인 '호야(HOYA)' 등과 공동 개발한 맞춤형 안경 제조 플랫폼 유니크(Yuniku)'


머티리얼라이즈는 여러 렌즈 제조업체 및 안경테 제조업체와 협력하고 있는데, 유니크 플랫폼은 그 중 렌즈업체인 호야 비전케어, 안경테 디자인 업체인 (Hoet) 디자인 스튜디오와 공동으로 개발하였음


유니크 플랫폼에서는 3D 스캐닝한 얼굴 데이터를 활용하여 개인별 최적의 안경을 제작해주는데, 단순히 디자인을 사용자에 맞게 설정하거나 크기를 조정하는 수준을 넘어 시력을 조정해주는 안경 본연의 기능도 최적화 할 수 있는 것이 큰 특징임


벨기에에서 유니크로 제작한 안경을 매장에서 판매하기 시작한 것은 20174월부터인데, 유니크를 도입한 매장의 수는 10월 말에 약 50, 12월 말에는 약 100개로 단기간에 보급이 확대되었음


<자료> Materialise

[그림 1] 렌즈 중심 안경 디자인 플랫폼 유니크


유니크 플랫폼의 컨셉은 렌즈 중심 디자인인데, 이 방식은 안경 소비자와 안경점 모두에게 장점이 있기 때문에 향후 유럽 각지에서 계속 늘어날 것으로 예상되고 있음


사람들은 보통 안경테를 고를 때 디자인 중심으로 선택하고 여기에 렌즈를 맞춰 끼우는데, 일단 테를 선택하고 나면 렌즈가 들어갈 위치가 테에 의해 제약을 받기 때문에 렌즈를 통한 시력 조정이라는 안경 본연의 기능이 최대한 발현되지 않을 수 있음


이런 위험성을 최소화하기 위해 렌즈 중심 디자인에서는 먼저 초점이 맞는 위치와 방향에 렌즈를 자리 잡게 한 후, 그에 맞게 선택한 디자인의 프레임 모양을 만들고 있음


, 유니크 플랫폼은 안경이 이상적인 시력 조정 기능을 발휘할 수 있도록 렌즈를 안경테가 둘러싸는 방식으로 디자인 하는 것임


이때 안경테의 형상은 3D 스캔 데이터를 기반으로 생성하기 때문에 개인별로 눈의 움푹 한 정도나 시선 각도에 맞추는 것이 가능해 눈의 피로를 줄일 수 있는 장점도 있음


<자료> Materialise

[그림 2] 3D 프린터로 조형한 안경테


이러한 렌즈 중심의 안경 제작 방식은 소비자뿐만 아니라 안경점과 안과 등 공급 측면에 도 장점이 있는데, 안경점은 재고의 최소화, 반품 및 폐기량의 감축 등을 기대할 수 있고 안과 의사들은 원했던 시력 교정 효과를 얻을 수 있기 때문


유니크 플랫폼의 장점은 도입 매장 수의 확대로 증명되었고, 머티리얼라이즈는 여러 렌즈 및 안경테 제조업체들과 협력관계를 구축하고 있기 때문에, 렌즈 중심 디자인의 안경을 제작, 판매하는 매장은 향후 유럽 각지에서 늘어날 것으로 예상되고 있음


유니크 플랫폼처럼 유럽에서 3D 프린터에 의한 최종 제품 생산이 확대되고 있는 이유에 대해 머티리얼라이즈는 엔지니어와 디자이너의 생각이 변화했기 때문으로 설명함


유럽의 각 산업 부문에서는 지난 5년간 3D 프린팅에 의한 최종 제품의 생산이 크게 확산되어 왔는데, 머티리얼라이즈가 생산하는 최종 제품의 생산량 역시 연평균 약 30~40%씩 증가하고 있다고 함


가령 딸기와 초콜릿 같이 무른 물체를 잡는 로봇 팔을 고안했을 때, 3D 프린팅을 이용하면 이를 실현하기 위해 필요한 복잡한 구조를 조형할 수 있는데, 유럽에서는 이런 아이디어를 안경과 신발 등 다양한 제품에 적용한 사례가 동시 발생적으로 나왔다고 함


이러한 사례를 많은 엔지니어와 디자이너가 눈으로 확인하면서 3D 프린팅의 가능성을 믿게 되었고, 생각을 바꾸게 되면서 더 다양한 아이디어가 나오게 되면서 최종 제품 생산에 도입이 확산되었다는 것이 머티리얼라이즈의 분석임


이런 경험과 확신을 바탕으로 머티리얼라이즈는 최종 제품 생산에 활용이 가능한 3D 프린팅의 가능성을 널리 전파하기 위한 활동을 전세계 곳곳에서 적극 전개해 오고 있음


머티리얼라이즈는 이벤트 및 전시회에서 디자이너 및 기업들과 협업을 통해 3D 프린팅에 의한 최종 제품 생산을 어필해왔는데, 가령 패션 디자이너와 협업하여 3D 프린팅으로 만든 옷이나 액세서리 등을 소재로 패션쇼를 개최하고 있음


<자료> Robb D. Cohen

[그림 3] 3D 프린터를 이용한 패션 쇼


미술관과 협업하는 사례도 적지 않으며 미국 현대미술관에도 3D 프린팅에 의한 오브제를 전시하고 있는데, 이는 미래의 디자이너와 엔지니어가 될 학생들이 직접 보면서 3D 프린팅의 가능성을 공감하게 하려는 취지에서 시작한 것이라고 함


머티리얼라이즈는 유럽 외에 중국에서도 3D 프린팅 활용이 증가할 것으로 내다보고 있는데, 상하이에는 3D 프린팅 박물관이 있으며, 새로운 기술에 대해 개방적인 사람들과 직접 시도해 보려는 사람이 중국에 많다고 느끼기 때문


머티리얼라이즈의 3D 프린팅을 이용해한 최종 제품 생산에서 또 하나 주목할 점은 고도의 기술을 요하는 산업에서도 채택되고 있다는 것인데, 대표적인 것이 항공우주산업임


머티리얼라이즈가 3D 프린팅으로 생산하는 최종 제품은 안경, 신발, 스키 부츠 등이 중심이지만, 항공업계 등 고도화 된 산업에도 제품을 공급해 오고 있음


2015년에 머티리얼라이즈는 항공우주산업의 품질경영 시스템 규격인 EN 9100와 유럽항공안전청(EASA)이 인증한 EASA 21G 등의 표준을 획득한 바 있으며, 에어버스 A350 XWB 기종용으로 3D 프린터로 만든 수지 부품의 공급을 시작하였음


이는 3D 프린팅이 종래에 없던 부가가치를 구현할 가능성이 클 뿐 아니라 항공산업처럼 정밀도나 강도 등 품질 면에서도 충분히 사용할 있는 수준에 와 있다는 것을 입증했다는 점에서 최종 제품 생산에 3D 프린팅 채택을 확산시키는 결정적 계기가 되었음


머티리얼라이즈의 3D 프린팅 기술이 주목받고 있는 또 하나의 고도 산업은 의료분야인데, 최근 전세계 기업 중 첫 번째로 FDA로부터 3D 프린팅 소프트웨어 인증을 받았음


의료 분야에 3D 프린팅 기술을 활용하기 시작한 것은 몇 년 전이지만, FDA(미 식품의약국)가 진단 및 수술 전 계획 수립에 사용되는 의료 도구를 3D 프린팅 하는 워크플로우에 규제와 가이드라인을 확정한 것은 얼마 전의 일임


20183월 머티리얼라이즈는 특정 환자의 해부학적 모델을 3D 프린팅하기 위한 소프트웨어로 FDA 인증을 받은 첫 번째 기업이 되었음


유럽에 이어 미국에서도 최근 머티리얼라이즈의 소프트웨어를 통해 협업하는 병원들이 급증하고 있는데, 머티리얼라이즈의 컨설팅을 받고 몇 단계의 작업만 수행하면 며칠 이내로 이식 수술 등에 필요한 도구를 받을 수 있기 때문


병원들은 머티리얼라이즈의 소프트웨어와 통신할 수 있는 프로토콜을 이용해 환자의 CT 이미지를 전송하는데, 다량의 2D 이미지인 이 스캔 데이터들은 3D 파일로 변환되어 재료를 자르는 가이드로 만들어지게 됨


<자료> Med Gadget

[그림 4] 머티리얼라이즈의 의료 도구 제작


이 과정에서 보통 머티리얼라이즈의 전문가들은 병원의 의사들과 화상회의를 하고, 의료용 도구나 부품들의 요구사항과 기능에 대해 토의하게 됨


제작 내용에 대해 합의가 이루어지게 되면 3D로 프린팅한 후 배송하게 되는데, 오전 10시 이전에 주문이 이루어지면 다음날 4시까지 병원에 전달된다고 함


머티리얼라이즈는 미국에서는 플라스틱으로 제작된 의료 도구들만 제공하고 있지만, 최근 티타늄으로 만든 골반과 어깨뼈를 FDA에 승인해 달라고 신청했는데, 의료 규제가 상대적으로 덜 한 유럽에서는 이미 병원에 제공하고 있는 것들임


항공우주나 의료산업에서 3D 프린팅을 활용하는 데서 알 수 있듯, 머티리얼라이즈는 재료의 다양화, 그 중에서도 금속’ 3D 프린팅에 초점을 맞추고 있음


3D 프린팅에 의한 최종 제품의 생산이 급속도로 증가하고 있는 것은 재료 측면에서 보면 금속을 3D 프린터로 조형할 수 있게 된 것과 관련이 있음


머티리얼라이즈는 금속 3D 프린터를 보유한 이래 열처리 등의 후공정도 자신들이 직접 수행하고 있으며 관련 노하우를 축적해 오고 있음


또한 201710월에는 독일의 주조업체인 아체테크(ACTech)의 인수를 발표했는데, 이 기업은 금속 전문으로 어떻게 해야 규격을 만족하는 제품으로 완성할 수 있는지에 정통하다는 평을 받고 있음


아체테크는 주물용 사형을 조형하기 위한 3D 프린터는 사용하고 있었으나, 금속 3D 프린터는 보유하고 있지 못했기에 이번 인수는 양사에 도움이 될 것으로 평가받고 있음


양사는 만들 제품의 생산량과 설계의 복잡성, 요구되는 치수의 정밀도 등에 의해 금속 3D 프린터와 주조 혹은 기계 가공(절삭) 등의 제조 방법 중 어느 것이 더 적합한 지 여부를 결정한다는 방침임


또한 응용 분야에 따라서는 금속 3D 프린터로 조형하고 그 조형품을 기계 가공하는 것과 같이 여러 기술을 조합해 사용하는 것도 가능할 것으로 기대하고 있음


3D 프린팅 확산을 주도하고 있는 머티리얼라이즈의 성공 요인은 고정관념에 얽매이지 않는 문제 해결 과정에서 3D 프린팅의 가능성을 적극 시도한 것이라 할 수 있음


머티리얼라이즈는 디자인의 본질에 대한 깊은 이해를 바탕으로 그것을 실현하는 수단으로 3D 프린팅의 가능성을 탐구하기에 새로운 해결책 제시에 성공하고 있다는 평가